Trajectory analysis of spacecraft with propellantless propulsion systems

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1. Attivit`

a formative

1.1 Corsi di Dottorato

• Introduzione al calcolo tensoriale, Dott.ssa Cristina Padovani, Universit`a di Pisa (20 ore), I anno;

• Introduzione alle equazioni differenziali alle derivate parziali, Prof. Antonio Tarsia, Universit`a di Pisa (16 ore), I anno;

• Academic Writing and Presentation Skills for Engineering PhD students (C1 class), Prof.ssa Joanne Spataro, Universit`a di Pisa (40 ore), I anno;

• Elementi di probabilit`a e statistica, Prof. Franco Flandoli, Universit`a di Pisa (24 ore), II anno;

• Academic Writing and Presentation Skills for Engineering PhD students (C1+ class), Prof.ssa Joanne Spataro, Universit`a di Pisa (40 ore), II anno;

• Fundamentals of optimization, Prof. Gabriele Pannocchia, Dr. Alessio Ar-toni, Prof. Marco Gabiccini, Universit`a di Pisa (25 ore), III anno;

• Fundamentals of artificial neural networks and genetic algorithms, Prof.ssa Beatrice Lazzerini, Universit`a di Pisa (10 ore), III anno;

• Fundamentals of Multi-Objective Optimization, Dott. Alessio Artoni, Dott. Francesco Pistolesi, Universit`a di Pisa (20 ore), III anno.

1.2 Altri corsi

• Meccanica del volo, Prof. Alessandro A. Quarta, Universit`a di Pisa (120 ore), III anno;

• Elementi di meccanica celeste, Prof.ssa Anna Maria Nobili, Universit`a di Pisa (48 ore), III anno.

1.3 Convegni, workshop e seminari

Convegni:

• The 5th International Conference on Tethers in Space (TiS), University of Michigan, Ann Arbor (MI), USA, 24-26 Maggio 2016, con presentazione di contributo (vedi Pubblicazioni), I anno;

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• The 4th International Symposium on Solar Sailing (ISSS), Kyoto Research Park, Kyoto, Giappone, 17-20 Gennaio 2017, con presentazione di contributo (vedi Pubblicazioni), II anno;

• 10th IAA Symposium on the Future of Space Exploration: Towards the Moon Village and Beyond, Politecnico di Torino, Torino, Italia, 27-29 Giugno 2017, con presentazione di contributo (vedi Pubblicazioni), II anno;

• The 7th International Meeting on Celestial Mechanics (CELMEC), Balletti Park Hotel, San Martino al Cimino (VT), 4-8 Settembre 2017, con presenta-zione di contributo (vedi Pubblicazioni), II anno;

• 4th IAA Conference on University Satellite Missions & Cubesat Workshop, Palazzo Rospigliosi, Roma, Italia, 4-7 Dicembre 2017, con presentazione di due contributi (vedi Pubblicazioni), III anno;

• SpaceUp Pisa, The 3rd Space Unconference in Italy, Centro Congressi le Benedettine, Pisa, Italia, 5-6 Maggio 2018, III anno

• The 69th International Astronautical Congress (IAC), Centro Congressi di Brema, Brema, Germania, 1-5 Ottobre 2018, con presentazione di contributo (vedi Pubblicazioni), III anno.

Workshop e seminari:

• The present and the future of high speed interfaces for satellite on board data systems, 24 Aprile 2018, Centro Congressi le Benedettine, Pisa, Italia (4 ore), III anno;

• 1st Workshop on Innovative Spacecraft Attitude and Orbit Control Design Techniques, 14 Giugno 2018, Politecnico di Torino, Torino, Italia (7 ore), III anno.

2. Pubblicazioni

2.1 Articoli su riviste internazionali indicizzate

Articoli pubblicati:

• Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G. Analytical Solution of the Optimal Steering Law for Non-Ideal Solar Sail, Aerospace Science and Technology, vol. 62, pp. 11–18, Marzo 2017, doi: 10.1016/j.ast.2016.11.031;

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• Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Solar Sail Trajectory Analysis with Asymptotic Expansion Method, Aerospace Science and Technology, vol. 68, pp. 431–440, Settembre 2017, doi: 10.1016/j.ast.2017.05.038;

• Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Electric Sail Elliptic Displaced Orbits with Advanced Thrust Model, Acta Astronautica, vol. 138, pp. 503–511, Settembre 2017, doi: 10.1016/j.actaastro.2016.10.036;

• Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Two-dimensional Heliocentric Dy-namics Approximation of an Electric Sail with Fixed Attitude, Aerospace Science and Technology, vol. 71, pp. 441–446, Dicembre 2017,

doi: 10.1016/j.ast.2017.09.04;

• Bassetto M., Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Logarithmic spiral tra-jectories generated by solar sails, Celestial Mechanics and Dynamical Astro-nomy, vol. 130, nr. 2, pp. 423–432, Febbraio 2018, doi: 10.1007/s1056;

• Orsini L., Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G. Plasma Brake Model for Preliminary Mission Analysis, Acta Astronautica, vol. 144, pp. 297–304, Marzo 2018, doi: 10.1016/j.actaastro.2017.12.048;

• Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Electric Sail-Based Displaced Orbits with a Refined Thrust Model, Part G: Journal of Aerospace Engineering, vol. 232, nr. 3, Marzo 2018, doi: 10.1177/0954410016679195;

• Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Orbital Motion Approximation with Constant Circumferential Acceleration, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 41, nr. 8, 2018, doi: 10.2514/1.G003635;

• Niccolai L., Anderlini A., Mengali G., Quarta A. A., Impact of solar wind fluctuations on Electric Sail mission design, Aerospace Science and Techno-logy, vol. , doi: 10.1016/j.ast.2018.08.032.

2.2 Contributi in Atti di convegno

• Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Refined analysis of electric sail-based displaced orbits in “The 5th International Conference on Tethers in Space”, 24–26 Maggio 2016, University of Michigan, Ann Arbor (USA);

• Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Solar Sail Trajectory Analysis with Asymptotic Expansion Method in “The 4th International Symposium on Solar Sailing”, 17–20 Gennaio 2017, Kyoto Research Park, Kyoto, Giappone;

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• Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Petrucciani F., Translunar Trajec-tories for Electric Sail Testing in “10th IAA Symposium on the Future of Space Exploration: Towards the Moon Village and Beyond”, 27–29 Giugno 2017, Politecnico di Torino, Torino (TO), Italia;

• Bassetto M., Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Notes on Logarithmic Spiral Trajectories Generated by Solar Sails in “The 7th International Mee-ting on Celestial Mechanics”, 4–8 Settembre 2017, Balletti Park Hotel, San Martino al Cimino (VT), Italia;

• Niccolai L., Bassetto M., Quarta A. A., Mengali G., Plasma Brake Appro-ximate Trajectory. Part I: Geocentric Motion in “4th IAA Conference on University Satellite Missions & CubeSat Workshop”, 4–7 Dicembre 2017, Palazzo Rospigliosi, Roma (RM), Italia;

• Bassetto M., Niccolai L., Quarta A. A., Mengali G., Plasma Brake Approxi-mate Trajectory. Part II: Relative Motion in “4th IAA Conference on Univer-sity Satellite Missions & CubeSat Workshop”, 4–7 Dicembre 2017, Palazzo Rospigliosi, Roma (RM), Italia;

• Niccolai L., Anderlini A., Mengali G., Quarta A. A., Electric Sail Displaced Orbit Control with Solar Wind Uncertainties in “69th International Astro-nautical Congress”, 1–5 Ottobre 2018, Centro Congressi di Brema, Brema, Germania.

3. Attivit`

a didattiche integrative

• Didattica integrativa per il corso di Spaceflight Mechanics (20 ore), tenuto dal Prof. Giovanni Mengali, anno accademico 2016/2017, II anno;

• Didattica integrativa per il corso di Dinamica e Controllo di Veicoli Ae-rospaziali (10 ore), tenuto dal Prof. Giovanni Mengali, anno accademico 2016/2017, II anno;

• Didattica integrativa per il corso di Spaceflight Mechanics, tenuto dal Prof. Giovanni Mengali (20 ore), anno accademico 2017/2018, III anno;

• Didattica integrativa per il corso di Dinamica e Controllo di Veicoli Ae-rospaziali (10 ore), tenuto dal Prof. Giovanni Mengali, anno accademico 2017/2018, III anno

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4. Tesi supervisionate

• Studio preliminare di orbite non-Kepleriane oscillanti per vele elettriche, di Daniele Santeramo;

• Leggi di controllo localmente ottime per vele elettriche, di Marco Bassetto; • Plasma Brake Orbital Simulator, di Leonardo Orsini;

• Smart Dust Relative Motion in a Heliocentric Mission Scenario, di Antonio Figliuolo;

• Trasferimenti quasi-ottimi di veicoli spaziali con vela elettrica, di Pier Paolo Frescucci;